JP2002232054A - 光モジュールの実装構造 - Google Patents
光モジュールの実装構造Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 光モジュールを電気配線基板に実装する２次
実装において、実装後も安定した特性が維持できるばか
りでなく、長期安定性にも優れた光モジュールの実装構
造を提供すること。 【解決手段】 光ファイバ、該光ファイバに光接続され
る光半導体素子、及び該光半導体素子に接続された第1
導体をそれぞれ設けた第1基体と、該第1基体を載置し前
記第1導体に通電するための第２導体を設けた第２基体
とを備えた光モジュールを、前記第２導体に接続する電
気配線基板に配設するための実装構造において、前記第
２基体の熱膨張係数が前記第1基体と前記電気配線基板
の間にあり、前記第２基体のヤング率が前記第1基体及
び前記電気配線基板より大きいことを特徴とする。
実装において、実装後も安定した特性が維持できるばか
りでなく、長期安定性にも優れた光モジュールの実装構
造を提供すること。 【解決手段】 光ファイバ、該光ファイバに光接続され
る光半導体素子、及び該光半導体素子に接続された第1
導体をそれぞれ設けた第1基体と、該第1基体を載置し前
記第1導体に通電するための第２導体を設けた第２基体
とを備えた光モジュールを、前記第２導体に接続する電
気配線基板に配設するための実装構造において、前記第
２基体の熱膨張係数が前記第1基体と前記電気配線基板
の間にあり、前記第２基体のヤング率が前記第1基体及
び前記電気配線基板より大きいことを特徴とする。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、例えば光ファイバ
通信や光インターコネクションといった光伝送の送受信
に使用される光モジュールの実装構造に関するものであ
る。
通信や光インターコネクションといった光伝送の送受信
に使用される光モジュールの実装構造に関するものであ
る。
【０００２】
【従来の技術】近年、光信号の送受信に使用される光モ
ジュールにおいては、部品構成を簡素化してコストを低
減したり、その組立て性を向上させるために、光半導体
素子の給電用金属電極や光ファイバの固定用Ｖ溝が各々
精密に形成された実装基板が使用されている。
ジュールにおいては、部品構成を簡素化してコストを低
減したり、その組立て性を向上させるために、光半導体
素子の給電用金属電極や光ファイバの固定用Ｖ溝が各々
精密に形成された実装基板が使用されている。
【０００３】また、光半導体素子と光ファイバの接続に
は、所望の結合効率を得るために集光レンズが用いられ
てきたが、精密に加工された実装基板に両者を固定する
ことで、光半導体素子と光ファイバを極めて近接させて
配置でき、集光レンズを少なくとも所望の結合効率が得
られるようにしている。
は、所望の結合効率を得るために集光レンズが用いられ
てきたが、精密に加工された実装基板に両者を固定する
ことで、光半導体素子と光ファイバを極めて近接させて
配置でき、集光レンズを少なくとも所望の結合効率が得
られるようにしている。
【０００４】実装基板を用いる光結合系の場合、光半導
体素子と光接続する光ファイバを、そのまま筐体へ引き
出し、光ファイバとそれを挿通させるパッケージに形成
された孔の間隙を何らかの方法で封止せざるを得ない。
体素子と光接続する光ファイバを、そのまま筐体へ引き
出し、光ファイバとそれを挿通させるパッケージに形成
された孔の間隙を何らかの方法で封止せざるを得ない。
【０００５】例えば、図８に示す光パッケージＪでは、
パッケージ７１の上面部に形成された切り欠き８１とパ
イプ溝７５に、一部が保護被覆８３で覆われた光ファイ
バ８２と保護被覆８３を覆うガラスパイプ溝７８とが配
設され、さらにこの実装基板８０上に光半導体素子であ
る半導体レーザ７２が実装固定され、光ファイバ８２と
半導体レーザ７２とを光接続されるようにしている。
パッケージ７１の上面部に形成された切り欠き８１とパ
イプ溝７５に、一部が保護被覆８３で覆われた光ファイ
バ８２と保護被覆８３を覆うガラスパイプ溝７８とが配
設され、さらにこの実装基板８０上に光半導体素子であ
る半導体レーザ７２が実装固定され、光ファイバ８２と
半導体レーザ７２とを光接続されるようにしている。
【０００６】そして、パッケージ７１の上面において、
封止用金属板７７と蓋体８５が封着された後に、切り欠
き８１に配置された低融点ガラスの紛失（不示図）を加
熱・溶融させて気密構造を実現している。この低融点ガ
ラスの加熱には、ＣＯ２（炭酸ガス）レーザ等の手段に
よって部分加熱を行なうことが提案されている（例え
ば、特開平７−６３９５７号公報を参照）。
封止用金属板７７と蓋体８５が封着された後に、切り欠
き８１に配置された低融点ガラスの紛失（不示図）を加
熱・溶融させて気密構造を実現している。この低融点ガ
ラスの加熱には、ＣＯ２（炭酸ガス）レーザ等の手段に
よって部分加熱を行なうことが提案されている（例え
ば、特開平７−６３９５７号公報を参照）。
【０００７】また、光素子と光ファイバの光結合系にお
いて、屈折率が空気よりも高くかつ光ファイバよりも低
く、光学的に透明なゲル状樹脂を充填し、ゲル状樹脂周
囲を、湿度を通さない樹脂て覆った気密封止構造が提案
されている（例えば特開平１０−２２７９５３号公報を
参照）。
いて、屈折率が空気よりも高くかつ光ファイバよりも低
く、光学的に透明なゲル状樹脂を充填し、ゲル状樹脂周
囲を、湿度を通さない樹脂て覆った気密封止構造が提案
されている（例えば特開平１０−２２７９５３号公報を
参照）。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図８に
示す光モジュールＪの構造では、光ファイバ８２とそれ
に装着されたガラスパイプ７８がパッケージ７１に配設
される構造を採用している。通常用いられる多層セラミ
ックパッケージにおいては、薄板を積層する製法が用い
られることから、光ファイバ８２が配設される切り欠き
８１とガラスパイプ７８が配設されるパイプ溝７５の中
心軸がパッケージ７１に対して大きくずれる。
示す光モジュールＪの構造では、光ファイバ８２とそれ
に装着されたガラスパイプ７８がパッケージ７１に配設
される構造を採用している。通常用いられる多層セラミ
ックパッケージにおいては、薄板を積層する製法が用い
られることから、光ファイバ８２が配設される切り欠き
８１とガラスパイプ７８が配設されるパイプ溝７５の中
心軸がパッケージ７１に対して大きくずれる。
【０００９】また、パッケージ７１内に半導体レーザ７
２と光ファイバ８２を搭載する実装基板８０を固定す
る。この実装基板８０上に形成されるＶ溝８６は外形を
基準にする固定方法では、Ｖ溝８６に対する切り欠き８
１の中心軸とＶ溝８６の中心軸との位置関係が大きくず
る。すなわち、シリコン等の実装基板は一般に数インチ
サイズのウエハーにエッチングでＶ溝を形成した後に、
ダイシングにより個別の基板に分断するが、このような
ダイシング工法では、Ｖ溝を基準にして外形精度を高く
加工することは困難である。
２と光ファイバ８２を搭載する実装基板８０を固定す
る。この実装基板８０上に形成されるＶ溝８６は外形を
基準にする固定方法では、Ｖ溝８６に対する切り欠き８
１の中心軸とＶ溝８６の中心軸との位置関係が大きくず
る。すなわち、シリコン等の実装基板は一般に数インチ
サイズのウエハーにエッチングでＶ溝を形成した後に、
ダイシングにより個別の基板に分断するが、このような
ダイシング工法では、Ｖ溝を基準にして外形精度を高く
加工することは困難である。
【００１０】したがって、Ｖ溝を基準に光ファイバを実
装した場合、パッケージの切り欠きとパイプ溝とＶ溝の
位置関係が大きくずれるため、光ファイバとそれに装着
したフェルールの軸が直線的に固定されない。これによ
り、光ファイバに対し不要な曲げ、いわゆるマイクロベ
ンドが生じ、光モジュールが受ける環境変化により、そ
の曲げの位置から破断するという重大な問題を抱えてい
る。
装した場合、パッケージの切り欠きとパイプ溝とＶ溝の
位置関係が大きくずれるため、光ファイバとそれに装着
したフェルールの軸が直線的に固定されない。これによ
り、光ファイバに対し不要な曲げ、いわゆるマイクロベ
ンドが生じ、光モジュールが受ける環境変化により、そ
の曲げの位置から破断するという重大な問題を抱えてい
る。
【００１１】また、上記マイクロベンドを防止するため
に、光ファイバとフェルールを切り欠き８１及びパイプ
溝７５に対して精密に軸を位置決めすることも考えられ
るが、これには、観察が容易なように光ファイバ自身に
表面処理を施したり、上記軸を位置決めするための複雑
で高機能な装置を容易する必要がある。そしてこのこと
は、光モジュールの組立てが煩雑となるので問題であ
る。
に、光ファイバとフェルールを切り欠き８１及びパイプ
溝７５に対して精密に軸を位置決めすることも考えられ
るが、これには、観察が容易なように光ファイバ自身に
表面処理を施したり、上記軸を位置決めするための複雑
で高機能な装置を容易する必要がある。そしてこのこと
は、光モジュールの組立てが煩雑となるので問題であ
る。
【００１２】また、上記マイクロベンドを防止するため
の別の手段として、シリコン基板に光ファイバを搭載す
るＶ溝と、フェルールを搭載固定するためのＶ溝を予め
同一に形成した構成も考えられる。しかし、光ファイバ
を搭載するためのＶ溝の幅は通常１４０μｍ程度に比
べ、フェルールを搭載するＶ溝幅は、１５００μｍ程度
と広く、また、深さも６００μｍ程度と大きくなってし
まう。したがって、これらを形成するための工程も複雑
化し、また、シリコン基板自体も大きくなり、実用的で
なく、さらに、低コスト化を実現することは困難であ
る。
の別の手段として、シリコン基板に光ファイバを搭載す
るＶ溝と、フェルールを搭載固定するためのＶ溝を予め
同一に形成した構成も考えられる。しかし、光ファイバ
を搭載するためのＶ溝の幅は通常１４０μｍ程度に比
べ、フェルールを搭載するＶ溝幅は、１５００μｍ程度
と広く、また、深さも６００μｍ程度と大きくなってし
まう。したがって、これらを形成するための工程も複雑
化し、また、シリコン基板自体も大きくなり、実用的で
なく、さらに、低コスト化を実現することは困難であ
る。
【００１３】さらに、樹脂を用いたパッケージング法と
して、トランスファーモールドを用いた光モジュールも
提案されているが、樹脂を用いて成形することにより内
部に大きな歪みが生じることが問題となっている。
して、トランスファーモールドを用いた光モジュールも
提案されているが、樹脂を用いて成形することにより内
部に大きな歪みが生じることが問題となっている。
【００１４】図７は、樹脂のヤング率に対する、成形前
を０として、成形後における内部に実装された光素子と
光ファイバとの相対的な位置ずれを変形量として示した
グラフである。樹脂のヤング率が高くなるにつれ変形量
が大きくなることがわかる。
を０として、成形後における内部に実装された光素子と
光ファイバとの相対的な位置ずれを変形量として示した
グラフである。樹脂のヤング率が高くなるにつれ変形量
が大きくなることがわかる。
【００１５】また、通常のトランスファー成形可能な樹
脂は、ヤング率が２００００Ｎ／ｍｍ2程度と大きく、
樹脂を充填する際の充填圧や成形時の高温により、さら
に大きな歪みが光結合部周辺に生じることも考えられ、
光結合特性が大きく劣化するといった問題もある。
脂は、ヤング率が２００００Ｎ／ｍｍ2程度と大きく、
樹脂を充填する際の充填圧や成形時の高温により、さら
に大きな歪みが光結合部周辺に生じることも考えられ、
光結合特性が大きく劣化するといった問題もある。
【００１６】また、従来、光モジュールを電気配線基板
に実装する２次実装において、外部との電気信号の授受
を行なうリードを電気配線基板に実装固定して行なって
いた。この形態ではパッケージの小型・低背化は困難
で、表面実装を行う高密度実装には不向きである。
に実装する２次実装において、外部との電気信号の授受
を行なうリードを電気配線基板に実装固定して行なって
いた。この形態ではパッケージの小型・低背化は困難
で、表面実装を行う高密度実装には不向きである。
【００１７】リードを用いずパッケージと電気配線基板
とを直接はんだバンプ等を用いて接続を行なうことも考
えられるが、電気配線基板の材料は、エポキシ等の樹脂
が主原料であるのに対し、光モジュールのパッケージ
は、金属やセラミックが主原料として用いられる。この
ため、光モジュールをはんだバンプを介して電気配線基
板に２次実装を行なうと、実装後、作動使用中などにお
いて外部からの温度変化等が生じた場合、パッケージ材
料と電気配線基板材料の熱膨張差により、電気配線基板
の反りや変形が生じ、光モジュールの特性を劣化させる
ばかりか、場合によっては接合固定部等から破断し、電
気的接続がたたれ故障の原因となる可能性がある。
とを直接はんだバンプ等を用いて接続を行なうことも考
えられるが、電気配線基板の材料は、エポキシ等の樹脂
が主原料であるのに対し、光モジュールのパッケージ
は、金属やセラミックが主原料として用いられる。この
ため、光モジュールをはんだバンプを介して電気配線基
板に２次実装を行なうと、実装後、作動使用中などにお
いて外部からの温度変化等が生じた場合、パッケージ材
料と電気配線基板材料の熱膨張差により、電気配線基板
の反りや変形が生じ、光モジュールの特性を劣化させる
ばかりか、場合によっては接合固定部等から破断し、電
気的接続がたたれ故障の原因となる可能性がある。
【００１８】そこで本発明は、光モジュールを電気配線
基板に実装する２次実装において、実装後も安定した特
性が維持できるばかりでなく、長期安定性にも優れた光
モジュールの実装構造を提供することを目的とする。
基板に実装する２次実装において、実装後も安定した特
性が維持できるばかりでなく、長期安定性にも優れた光
モジュールの実装構造を提供することを目的とする。
【００１９】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明の光モジュールの実装構造は、第1基体を第
２基体上に搭載して成る光モジュールを電気配線基板に
配設するための光モジュールの実装構造であって、前記
第１基体は、光ファイバと、該光ファイバに光接続され
る光半導体素子と、該光半導体素子に接続された第1導
体とから成り、前記第２基体は、前記第1導体と前記電
気配線基板との双方に接続される第2導体を設けて成る
とともに、熱膨張係数が前記第１基体と前記電気配線基
板の間にあり、かつヤング率が前記第１基体及び前記電
気配線基板より大きいことを特徴とする。
に、本発明の光モジュールの実装構造は、第1基体を第
２基体上に搭載して成る光モジュールを電気配線基板に
配設するための光モジュールの実装構造であって、前記
第１基体は、光ファイバと、該光ファイバに光接続され
る光半導体素子と、該光半導体素子に接続された第1導
体とから成り、前記第２基体は、前記第1導体と前記電
気配線基板との双方に接続される第2導体を設けて成る
とともに、熱膨張係数が前記第１基体と前記電気配線基
板の間にあり、かつヤング率が前記第１基体及び前記電
気配線基板より大きいことを特徴とする。
【００２０】
【発明の実施の形態】以下に、本発明の実施形態につい
て模式的に図示した図面に基づいて詳細に説明する。
て模式的に図示した図面に基づいて詳細に説明する。
【００２１】図１は本発明に係る光モジュールＭ１の斜
視図であり、図２は光モジュールＭ１の分解斜視図であ
り、図３は光結合部周囲の透視断面図である。
視図であり、図２は光モジュールＭ１の分解斜視図であ
り、図３は光結合部周囲の透視断面図である。
【００２２】本発明の光モジュールＭ１は第1基体を第
２基体上に搭載して成る。ここで、第1基体には、例え
ば表面がミラー指数で（１００）面を主面とする単結晶
シリコン基板１０３を用いる。また、その主面側にはＫ
ＯＨ水溶液等を用いた異方性エッチングにより、光ファ
イバを搭載するためのＶ溝１０９、光半導体素子である
例えば３００μｍ角で厚み１５０μｍのファブリペロー
型半導体レーザ１０１を収容実装するための凹部１０６
ａ、及び第３基体であるチップキャリア１１９を収容実
装する凹部１０６ｂがそれぞれ形成されている。
２基体上に搭載して成る。ここで、第1基体には、例え
ば表面がミラー指数で（１００）面を主面とする単結晶
シリコン基板１０３を用いる。また、その主面側にはＫ
ＯＨ水溶液等を用いた異方性エッチングにより、光ファ
イバを搭載するためのＶ溝１０９、光半導体素子である
例えば３００μｍ角で厚み１５０μｍのファブリペロー
型半導体レーザ１０１を収容実装するための凹部１０６
ａ、及び第３基体であるチップキャリア１１９を収容実
装する凹部１０６ｂがそれぞれ形成されている。
【００２３】チップキャリア１１９は例えばアルミナを
主原料としたセラミックスで作製された８００μｍ角の
大きさであり、半導体レーザ１０１の後方からの光出力
を監視するための受光素子であるＰＩＮ型フォトダイオ
ード１１１が実装されている。
主原料としたセラミックスで作製された８００μｍ角の
大きさであり、半導体レーザ１０１の後方からの光出力
を監視するための受光素子であるＰＩＮ型フォトダイオ
ード１１１が実装されている。
【００２４】凹部１０６ａ及び１０６ｂ内には、半導体
レーザ１０１を実装固定、並びにチップキャリア１１９
を固定するため、及び外部導体に電気的に接続を行なう
ために、上面にＡｕ−Ｓｎ合金（例えば厚さ３μｍ）が
形成された、第1導体であるＣｒ／Ａｕ（ただし、下層
／上層）電極をフォトリソプロセスにより形成する。
レーザ１０１を実装固定、並びにチップキャリア１１９
を固定するため、及び外部導体に電気的に接続を行なう
ために、上面にＡｕ−Ｓｎ合金（例えば厚さ３μｍ）が
形成された、第1導体であるＣｒ／Ａｕ（ただし、下層
／上層）電極をフォトリソプロセスにより形成する。
【００２５】半導体レーザ１０１を、光導波層側を上面
側に配置させたジャンクションアップで、シリコン基板
１０３にフリップチップ実装機にて、ビジュアルアライ
メント実装固定し、電極間を例えばφ２５μｍのＡｕワ
イヤにてワイヤリングする。
側に配置させたジャンクションアップで、シリコン基板
１０３にフリップチップ実装機にて、ビジュアルアライ
メント実装固定し、電極間を例えばφ２５μｍのＡｕワ
イヤにてワイヤリングする。
【００２６】この時、光導波層がシリコン基板１０３の
主面より３０μｍ下になるように、予め凹部１０６ａの
深さは１８０μｍとして形成するとよい。
主面より３０μｍ下になるように、予め凹部１０６ａの
深さは１８０μｍとして形成するとよい。
【００２７】光ファイバ１０２が搭載されるＶ溝１０９
は、光ファイバ１０２を搭載した際に、光ファイバ１０
２のコア中心が半導体レーザ１０１の光導波層中心と一
致するように、Ｖ溝１０９の幅を１９６μｍとすること
によりシリコン基板１０３の凹部１０６ａ内で主面下３
０μｍの位置にて光結合が行なわれる。
は、光ファイバ１０２を搭載した際に、光ファイバ１０
２のコア中心が半導体レーザ１０１の光導波層中心と一
致するように、Ｖ溝１０９の幅を１９６μｍとすること
によりシリコン基板１０３の凹部１０６ａ内で主面下３
０μｍの位置にて光結合が行なわれる。
【００２８】同様に、ＰＩＮ型フォトダイオード１１１
をチップキャリア１１９に実装固定し、受光面側電極と
チップキャリア側電極をφ２５μｍのＡｕワイヤ１２０
ｂにてワイヤリングする。
をチップキャリア１１９に実装固定し、受光面側電極と
チップキャリア側電極をφ２５μｍのＡｕワイヤ１２０
ｂにてワイヤリングする。
【００２９】さらに、チップキャリア１１１は、シリコ
ン基板１０３の凹部１０６ｂに実装固定した。シリコン
基板１０３は、第２基体であるアルミナを主原料とした
セラミック多層配線基体１０５の凹部１１３に、エポキ
シ樹脂（エポテック３５３ＮＤ）にて実装収容した。シ
リコン基板１０３上に形成され光半導体素子へ電気接続
された第1導体である電極１１２は、セラミック多層配
線基体１０５に形成された外部端子であるランド１０４
上に配置された接合のためのはんだボール１２３と電気
的に接続され、電極１１２と電極１１４間をφ２５μｍ
のＡｕワイヤ１２０ａにてワイヤリング接続する。
ン基板１０３の凹部１０６ｂに実装固定した。シリコン
基板１０３は、第２基体であるアルミナを主原料とした
セラミック多層配線基体１０５の凹部１１３に、エポキ
シ樹脂（エポテック３５３ＮＤ）にて実装収容した。シ
リコン基板１０３上に形成され光半導体素子へ電気接続
された第1導体である電極１１２は、セラミック多層配
線基体１０５に形成された外部端子であるランド１０４
上に配置された接合のためのはんだボール１２３と電気
的に接続され、電極１１２と電極１１４間をφ２５μｍ
のＡｕワイヤ１２０ａにてワイヤリング接続する。
【００３０】光ファイバ１０２はジルコニアで作製した
φ１．２５ｍｍ長さ６ｍｍのセラミックスフェルールに
搭載されたファイバスタブ構造となっており、シリコン
基板１０３に形成されたＶ溝１０９に石英ガラス押さえ
板１０８を用い実装搭載し、紫外線硬化型接着剤（ＵＶ
１１００：ダイキン工業製）等にて接着固定する。
φ１．２５ｍｍ長さ６ｍｍのセラミックスフェルールに
搭載されたファイバスタブ構造となっており、シリコン
基板１０３に形成されたＶ溝１０９に石英ガラス押さえ
板１０８を用い実装搭載し、紫外線硬化型接着剤（ＵＶ
１１００：ダイキン工業製）等にて接着固定する。
【００３１】シリコン基板１０３の凹部１０６ａ内の半
導体レーザ１０１、及び、これに光結合される光ファイ
バとの間隙、並びに凹部１０６ｂ内のＰＩＮ型フォトダ
イオードと半導体レーザ１０１との間隙、さらには、凹
部１０６ａ、１０６ｂ内を、屈折率１．４７の透明シリ
コーン樹脂を充填し、１５０度６０分の熱硬化条件によ
り固化する。
導体レーザ１０１、及び、これに光結合される光ファイ
バとの間隙、並びに凹部１０６ｂ内のＰＩＮ型フォトダ
イオードと半導体レーザ１０１との間隙、さらには、凹
部１０６ａ、１０６ｂ内を、屈折率１．４７の透明シリ
コーン樹脂を充填し、１５０度６０分の熱硬化条件によ
り固化する。
【００３２】さらに、第２基体であるセラミック多層配
線基体１０５の主面側をビスフェノール型エポキシ樹脂
１０重量％、酸無水物硬化材１５重量％、フェノール樹
脂系硬化材５重量％、シリコーン樹脂改質材１０重量
％、無水珪酸６０重量％の混合樹脂を用いて、１５０度
４時間の熱硬化条件により固化することにより光モジュ
ールＭ１が完成する。
線基体１０５の主面側をビスフェノール型エポキシ樹脂
１０重量％、酸無水物硬化材１５重量％、フェノール樹
脂系硬化材５重量％、シリコーン樹脂改質材１０重量
％、無水珪酸６０重量％の混合樹脂を用いて、１５０度
４時間の熱硬化条件により固化することにより光モジュ
ールＭ１が完成する。
【００３３】ここで、第２基体であるセラミック多層配
線基体１０５は、単結晶シリコン（熱膨張係数：３×１
０-6／℃、ヤング率：１．３×１０5Ｎ／ｍｍ2）で形成
される第1基体１０３が実装される主面側に、単結晶シ
リコンよりやや熱膨張係数の大きく、エポキシ等の樹脂
で作製される２次実装のための、電気配線基板（熱膨張
係数：約１５×１０-6／℃、ヤング率：約２×１０5Ｎ
／ｍｍ2）より小さい、窒化アルミ（熱膨張係数：５×
１０-6／℃、ヤング率：３×１０6Ｎ／ｍｍ2）を主成分
とするセラミックを積層構造とした基体で形成する。
線基体１０５は、単結晶シリコン（熱膨張係数：３×１
０-6／℃、ヤング率：１．３×１０5Ｎ／ｍｍ2）で形成
される第1基体１０３が実装される主面側に、単結晶シ
リコンよりやや熱膨張係数の大きく、エポキシ等の樹脂
で作製される２次実装のための、電気配線基板（熱膨張
係数：約１５×１０-6／℃、ヤング率：約２×１０5Ｎ
／ｍｍ2）より小さい、窒化アルミ（熱膨張係数：５×
１０-6／℃、ヤング率：３×１０6Ｎ／ｍｍ2）を主成分
とするセラミックを積層構造とした基体で形成する。
【００３４】これにより、エポキシ等の樹脂で作製され
た２次実装のための、後記する電気配線基板の反りや変
形等が生じた場合でも、第1基体上の光結合部への影響
を低減することができる。また、第２基体であるセラミ
ック多層配線基体１０５のヤング率を第1基体である単
結晶シリコン基板１０３より大きく、２次実装のための
電気配線基板より大きくすることにより、第1基体であ
る単結晶シリコン基板１０３の機械的な強度を充分に補
うことが同時にできる。さらに、第２基体であるセラミ
ック多層配線基体１０５に形成する第２基体に設けられ
た第２導体であるランド１０４に接続される内部配線導
体パターン（不図示）を、高周波電気設計により最適化
し、最短の経路で配線することにより高速データ伝送を
行なう構造として最適である。
た２次実装のための、後記する電気配線基板の反りや変
形等が生じた場合でも、第1基体上の光結合部への影響
を低減することができる。また、第２基体であるセラミ
ック多層配線基体１０５のヤング率を第1基体である単
結晶シリコン基板１０３より大きく、２次実装のための
電気配線基板より大きくすることにより、第1基体であ
る単結晶シリコン基板１０３の機械的な強度を充分に補
うことが同時にできる。さらに、第２基体であるセラミ
ック多層配線基体１０５に形成する第２基体に設けられ
た第２導体であるランド１０４に接続される内部配線導
体パターン（不図示）を、高周波電気設計により最適化
し、最短の経路で配線することにより高速データ伝送を
行なう構造として最適である。
【００３５】次に、光モジュールＭ１の電気配線基板へ
の実装・装着について説明する。
の実装・装着について説明する。
【００３６】図４は、光モジュールＭ１を搭載する電気
配線基板を模式的に説明するための分解斜視図であり、
図５は光モジュールＭ１が電気配線基板に実装された後
の斜視図である。
配線基板を模式的に説明するための分解斜視図であり、
図５は光モジュールＭ１が電気配線基板に実装された後
の斜視図である。
【００３７】電気配線基板１３０は、光信号を発生する
光モジュールとそれに電力を供給したり、制御信号を与
える電子部品を搭載するための不図示の内部配線およ
び、表面に光モジュールや電気回路を実装固定するため
の電気端子が施されたものであり、エポキシ樹脂にガラ
ス等を添加した絶縁体と、Ｃｕ等のメタルを複数積層し
た構造の多層配線基板である。
光モジュールとそれに電力を供給したり、制御信号を与
える電子部品を搭載するための不図示の内部配線およ
び、表面に光モジュールや電気回路を実装固定するため
の電気端子が施されたものであり、エポキシ樹脂にガラ
ス等を添加した絶縁体と、Ｃｕ等のメタルを複数積層し
た構造の多層配線基板である。
【００３８】光モジュールＭ１は、裏面に配設されたラ
ンド１０４と、電気配線基板上に予め光モジュールＭ１
の裏面に配設されたランドと対になるよう配設された端
子１２２間とを、はんだボール１２３ａを介して、電気
配線基板にリフロープロセスにより接合される。ここ
で、リフローはピーク温度２３０℃〜２５０℃程度、１
分程度の時間にてリフロー炉で処理した。はんだボール
１２３ａはこのリフロー中に溶融され、セルフアライン
効果にて電気配線基板１３０に整列され、冷却プロセス
を経て固化実装された。なお、光モジュールＭ１には、
搭載された半導体素子の冷却を行なうために第２基体１
０５内に配設された不図示のサーマルビアがＡｕメタラ
イズ１２４に接続されている。
ンド１０４と、電気配線基板上に予め光モジュールＭ１
の裏面に配設されたランドと対になるよう配設された端
子１２２間とを、はんだボール１２３ａを介して、電気
配線基板にリフロープロセスにより接合される。ここ
で、リフローはピーク温度２３０℃〜２５０℃程度、１
分程度の時間にてリフロー炉で処理した。はんだボール
１２３ａはこのリフロー中に溶融され、セルフアライン
効果にて電気配線基板１３０に整列され、冷却プロセス
を経て固化実装された。なお、光モジュールＭ１には、
搭載された半導体素子の冷却を行なうために第２基体１
０５内に配設された不図示のサーマルビアがＡｕメタラ
イズ１２４に接続されている。
【００３９】Ａｕメタライズ１２４は、電気配線基板１
３０上の冷却用パッドに、はんだプリフォーム１３２を
介して、同じくリフロー時に溶融接合した。なお、電気
配線基板内もしくは基板下に冷却を行なうための放熱フ
ィン（不図示）を配設すると冷却効果が増し好適であ
る。
３０上の冷却用パッドに、はんだプリフォーム１３２を
介して、同じくリフロー時に溶融接合した。なお、電気
配線基板内もしくは基板下に冷却を行なうための放熱フ
ィン（不図示）を配設すると冷却効果が増し好適であ
る。
【００４０】光モジュールＭ１の制御を行なうための電
子回路である制御ＩＣ１４１、コンデンサや抵抗の役割
をもつチップ電子部品１４２、１４３、１４４も、同じ
くリフロー時にはんだ（不図示）を介して溶融接合し
た。また、電気配線基板１３０への外部からの電気接続
は電気配線基板１３０に不図示の電気コネクタにより接
続することにその機能を果たすことが可能となった。
子回路である制御ＩＣ１４１、コンデンサや抵抗の役割
をもつチップ電子部品１４２、１４３、１４４も、同じ
くリフロー時にはんだ（不図示）を介して溶融接合し
た。また、電気配線基板１３０への外部からの電気接続
は電気配線基板１３０に不図示の電気コネクタにより接
続することにその機能を果たすことが可能となった。
【００４１】制御ＩＣ１４１も本発明にかかる第２基体
と同等の構造である。すなわち、ＩＣ１４１はセラミッ
ク基体であり、これは半導体チップ（不図示）の熱膨張
係数よりやや大きい熱膨張係数をもち、実装基板１３０
より小さい熱膨張係数をもち、さらにヤング率が半導体
チップおよび実装基板１３０より大きい。これにより、
はんだボール１２３ｂで電気配線基板１３０に接合する
と、機械的な強度を充分に好適に補うことができ、長期
信頼性に優れる。
と同等の構造である。すなわち、ＩＣ１４１はセラミッ
ク基体であり、これは半導体チップ（不図示）の熱膨張
係数よりやや大きい熱膨張係数をもち、実装基板１３０
より小さい熱膨張係数をもち、さらにヤング率が半導体
チップおよび実装基板１３０より大きい。これにより、
はんだボール１２３ｂで電気配線基板１３０に接合する
と、機械的な強度を充分に好適に補うことができ、長期
信頼性に優れる。
【００４２】また、光モジュールＭ１の構造は、フェル
ール１１０に嵌合させるため不図示のの光コネクタに合
致する構造（例えば切り欠き部）を第２基体１０５に形
成することにより、リフロー時の熱の影響を光ファイバ
被覆に与えることがなく、大量生産できる。
ール１１０に嵌合させるため不図示のの光コネクタに合
致する構造（例えば切り欠き部）を第２基体１０５に形
成することにより、リフロー時の熱の影響を光ファイバ
被覆に与えることがなく、大量生産できる。
【００４３】また、本実施例の説明では、はんだボール
を電気配線基板に予め実装した形態で説明を行なった
が、光モジュール、もしくは制御ＩＣ側に予め実装した
形態で行なってもなんら問題はない。
を電気配線基板に予め実装した形態で説明を行なった
が、光モジュール、もしくは制御ＩＣ側に予め実装した
形態で行なってもなんら問題はない。
【００４４】また、第２基体の厚み方向に熱膨張係数、
ヤング率を段階的に変化させたセラミック多層基体とす
ることにより、更なる特性向上がはかれる。
ヤング率を段階的に変化させたセラミック多層基体とす
ることにより、更なる特性向上がはかれる。
【００４５】この光モジュールＭ１の特性評価を行なっ
たところ良好な特性が得られた。その１例として、−４
０℃〜８５℃の温度条件にて光出力変動を観察したトラ
ッキングエラーの結果を図６に示す。この結果より、光
出力変動は±０．３ｄＢ以内であり非常に良好な特性で
あることが確認された。
たところ良好な特性が得られた。その１例として、−４
０℃〜８５℃の温度条件にて光出力変動を観察したトラ
ッキングエラーの結果を図６に示す。この結果より、光
出力変動は±０．３ｄＢ以内であり非常に良好な特性で
あることが確認された。
【００４６】さらに、凹部１０６ａ、１０６ｂの存在に
より、低背化を図ることができる上に、光結合部が基板
の内側にあるので外部からの応力が加わりにくい構造で
あり、安定した光接続が可能となる。
より、低背化を図ることができる上に、光結合部が基板
の内側にあるので外部からの応力が加わりにくい構造で
あり、安定した光接続が可能となる。
【００４７】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の光モジュ
ールの実装構造によれば、第２基体の熱膨張係数が２次
実装のための電気配線基板より小さくかつ第1基体より
大きく、第２基体のヤング率が第1基体および電気配線
基板より大きいので、２次実装のための電気配線基板へ
の接続も容易に行なえ、しかも長期信頼性に優れた光モ
ジュールの実装構造を提供できる。
ールの実装構造によれば、第２基体の熱膨張係数が２次
実装のための電気配線基板より小さくかつ第1基体より
大きく、第２基体のヤング率が第1基体および電気配線
基板より大きいので、２次実装のための電気配線基板へ
の接続も容易に行なえ、しかも長期信頼性に優れた光モ
ジュールの実装構造を提供できる。
【００４８】さらに、第２基体をセラミック多層基板で
構成することにより、電気配線を短くすることが容易に
行うことができ、高周波特性に優れた光モジュールの実
装構造を提供できる。
構成することにより、電気配線を短くすることが容易に
行うことができ、高周波特性に優れた光モジュールの実
装構造を提供できる。
【図１】本発明に係る光モジュールの実施形態を模式的
に説明する図であり、（ａ）は上面側からみた斜視図、
（ｂ）は下面側かわみた斜視図である。
に説明する図であり、（ａ）は上面側からみた斜視図、
（ｂ）は下面側かわみた斜視図である。
【図２】本発明に係る光モジュールの実施形態を模式的
に説明する分解斜視図である。
に説明する分解斜視図である。
【図３】本発明に係る光モジュールの光結合部周囲を模
式的に示す断面図である。
式的に示す断面図である。
【図４】本発明に係る光モジュールの電気配線基板への
実装を模式的に説明するための分解斜視図である。
実装を模式的に説明するための分解斜視図である。
【図５】本発明に係る光モジュールを電気配線基板へ実
装した様子を模式的に説明する斜視図である。
装した様子を模式的に説明する斜視図である。
【図６】光モジュールのトラッキングエラー評価結果を
示すグラフである。
示すグラフである。
【図７】ヤング率と変形量との関係を示すグラフであ
る。
る。
【図８】従来の光モジュールを模式的に説明するための
分解斜視図である。
分解斜視図である。
１０１：光半導体素子（半導体レーザ） １０２：光ファイバ １０３：第1基体（シリコン基板） １０４：第２導体（ランド） １０５：第２基体（セラミック多層配線基体） １１２：第1導体 １０８：石英板 １１０：フェルール １１１：受光素子（光半導体素子） １１７：シリコーン樹脂（透明樹脂） １１８：エポキシ樹脂（不透明樹脂） １３０：電気配線基板 Ｍ１：光モジュール
Claims (1)
- 【請求項１】 第１基体を第２基体上に搭載して成る光
モジュールを電気配線基板に配設するための光モジュー
ルの実装構造であって、前記第１基体は、光ファイバ
と、該光ファイバに光接続される光半導体素子と、該光
半導体素子に接続された第１導体とから成り、前記第２
基体は、前記第１導体と前記電気配線基板との双方に接
続される第２導体を設けて成るとともに、熱膨張係数が
前記第１基体と前記電気配線基板の間にあり、かつヤン
グ率が前記第１基体及び前記電気配線基板より大きいこ
とを特徴とする光モジュールの実装構造。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001023415A JP2002232054A (ja) | 2001-01-31 | 2001-01-31 | 光モジュールの実装構造 |
| US09/795,828 US6467972B2 (en) | 2000-02-29 | 2001-02-27 | Optical interconnection module |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001023415A JP2002232054A (ja) | 2001-01-31 | 2001-01-31 | 光モジュールの実装構造 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002232054A true JP2002232054A (ja) | 2002-08-16 |
Family
ID=18888708
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001023415A Pending JP2002232054A (ja) | 2000-02-29 | 2001-01-31 | 光モジュールの実装構造 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2002232054A (ja) |
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008518250A (ja) * | 2004-10-22 | 2008-05-29 | インテル・コーポレーション | Ｖｃｓｅｌ及びフォトダイオードアレイ用表面実装（ｓｍｔ）コネクタ |
| US7394665B2 (en) | 2003-02-18 | 2008-07-01 | Kabushiki Kaisha Toshiba | LSI package provided with interface module and method of mounting the same |
| JP2009133908A (ja) * | 2007-11-28 | 2009-06-18 | Fujikura Ltd | 光送受信装置 |
| JP2009529156A (ja) * | 2006-03-03 | 2009-08-13 | ホーヤ コーポレイション ユーエスエイ | 回路基盤に取付けられたファイバ結合式光学デバイス |
| WO2014190991A1 (de) * | 2013-05-31 | 2014-12-04 | Silicon Line Gmbh | Vorrichtung zum einkoppeln und/oder auskoppeln optischer signale |
| WO2021038497A1 (en) * | 2019-08-28 | 2021-03-04 | 3M Innovative Properties Company | Photonic integrated circuit connector with temperature-independent mechanical alignment |
| CN113009647A (zh) * | 2019-12-20 | 2021-06-22 | 青岛海信宽带多媒体技术有限公司 | 一种光模块 |
| US11927818B2 (en) | 2019-12-20 | 2024-03-12 | Hisense Broadband Multimedia Technologies Co., Ltd. | Optical module |
-
2001
- 2001-01-31 JP JP2001023415A patent/JP2002232054A/ja active Pending
Cited By (13)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7394665B2 (en) | 2003-02-18 | 2008-07-01 | Kabushiki Kaisha Toshiba | LSI package provided with interface module and method of mounting the same |
| JP2008518250A (ja) * | 2004-10-22 | 2008-05-29 | インテル・コーポレーション | Ｖｃｓｅｌ及びフォトダイオードアレイ用表面実装（ｓｍｔ）コネクタ |
| US8412052B2 (en) | 2004-10-22 | 2013-04-02 | Intel Corporation | Surface mount (SMT) connector for VCSEL and photodiode arrays |
| JP2009529156A (ja) * | 2006-03-03 | 2009-08-13 | ホーヤ コーポレイション ユーエスエイ | 回路基盤に取付けられたファイバ結合式光学デバイス |
| JP2009133908A (ja) * | 2007-11-28 | 2009-06-18 | Fujikura Ltd | 光送受信装置 |
| US10012807B2 (en) | 2013-05-31 | 2018-07-03 | Silicon Line Gmbh | Device for coupling and/or decoupling optical signals |
| WO2014190991A1 (de) * | 2013-05-31 | 2014-12-04 | Silicon Line Gmbh | Vorrichtung zum einkoppeln und/oder auskoppeln optischer signale |
| WO2021038497A1 (en) * | 2019-08-28 | 2021-03-04 | 3M Innovative Properties Company | Photonic integrated circuit connector with temperature-independent mechanical alignment |
| CN114303084A (zh) * | 2019-08-28 | 2022-04-08 | 3M创新有限公司 | 具有温度独立机械对准的光子集成电路连接器 |
| CN114303084B (zh) * | 2019-08-28 | 2023-11-17 | 3M创新有限公司 | 具有温度独立机械对准的光子集成电路连接器 |
| CN113009647A (zh) * | 2019-12-20 | 2021-06-22 | 青岛海信宽带多媒体技术有限公司 | 一种光模块 |
| CN113009647B (zh) * | 2019-12-20 | 2022-06-21 | 青岛海信宽带多媒体技术有限公司 | 一种光模块 |
| US11927818B2 (en) | 2019-12-20 | 2024-03-12 | Hisense Broadband Multimedia Technologies Co., Ltd. | Optical module |
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